Александр Прищепенко - ШЕЛЕСТ ГРАНАТЫ

…Маневрируя между рифами начальственных амбиций, все же удалось добиться, чтобы требования к дрейфовой трубке были сформулированы научными руководителями (в основном, конечно – За- тычкиным). Одним из первых значилось ионообразование в коронном разряде. Затычкин заявил, что справочные данные, получение которых было целью работы, должны максимально учитывать условия эксплуатации счетчиков, а счетчики работали в режиме коронного разряда. Это противоречило его же «открытию»: после первых же столкновений не будет иметь значения, каким способом были образованы первичные ионы, все равно в смеси будут дрейфовать ионы газа с наинизшим потенциалом ионизации. Выслушав мои соображения на этот счет, Тугой стал убеждать, что демонстративное игнорирование требований Затычкина может привести к тому, что на защите тот займет враждебную позицию. Вспомнив экзальтированное и нелогичное поведение «пол у руководителя» в других ситуациях, пришлось согласиться.

Коронный разряд существует при близких к атмосферному давлениях газа и аналогов подобных источников не встречалось среди дрейфовых трубок известных типов, в которых, по большей части, исследовались разреженные газы. Главным же противоречием, которое требовалось разрешить, было то, что такой разряд возникал при крайне неравномерном распределении электрического поля (концентрации его вблизи анода), в то время как в справочных данных требовалось указывать точно известную, соответствующую данной скорости дрейфа напряженность сугубо однородного поля. Но разряд можно было «зажечь» не между соосными электродами, а между чередующимися анодами из очень гонкой вольфрамовой нити и сравнительно толстым катодом из проволоки (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Ионный источник дрейфовой трубки. Коронный разряд зажигается между катодом большого диаметра (в центре) и анодами из тонких вольфрамовых нитей

В таком коронном разряде могли накапливаться ионы, а когда наставал момент проведения измерений, распределение напряжений должно было измениться так, чтобы потенциалы всех электродов источника сравнялись. Тут можно было рассчитывать на запас в четыре порядка: время дрейфа ожидалось равным миллисекундам, а вакуумные управляемые искровые разрядники, опыт работы с которыми был приобретен еще в НИИАА, могли коммутировать большие токи за сотни наносекунд. Такой разрядник (рис. 4.3) включался между двумя конденсаторами (емкость одного на несколько порядков превышала емкость другого) и, когда управляющим импульсом пробивался искровой промежуток, протекание тока приводило к тому, что напряжения на конденсаторах сравнивались. Чтобы подавить колебания в цепи, в нее включался гасящий (на рисунке – незакрашенный) резистор сопротивлением в сотни Ом, наличие которого практически не влияло на длительность переходных процессов. Узел коммутации на основе разрядника позволял изменить потенциал любого электрода, подключенного к конденсатору малой емкости ш время, пренебрежимое в сравнении со временем дрейфа.

Итак, для «накопления» ионов между анодами и катодом источника зажигался коронный разряд. Необходимые для этого разности потенциалов снимались с резистивного делителя (рис. 4.4). При подаче на делитель постоянного напряжения (более десяти тысяч вольт), потенциалы точек между его резисторами распределялись пропорционально их сопротивлениям. Сопротивления делителя (наполовину закрашены) выбирались такими (Мом – миллионы Ом), что ток короны (микроамперы) был пренебрежимо мал по сравнению с током делителя, а значит, не мог повлиять на распределение потенциалов между плечами делителя. Дополнительной гарантией этого служил полностью закрашенный на схеме резистор сопротивлением в миллиарды Ом (ГОм), включенный в цепь источника. Электроды, между которыми находился источник (на схеме не показаны) имели в режиме накопления ионов чуть большие потенциалы, чем аноды источника. За счет этого пакет положительных ионов «сжимался», локализуясь в плоскости проволочных электродов источника, а отрицательные носители наоборот, «растаскивались», образуя объемный заряд.

Рис. 4.3. При срабатывании разрядника конденсатор меньшей емкости (справа) заряжается до напряжения, под которым находился конденсатор намного большей емкости (слева)

Рис. 4.4. Разность потенциалов, прикладываемая от различных плеч резистивного делителя напряжения к анодам и катоду, вызывает коронный разряд между этими электродами

К измерениям можно было приступать, когда все конденсаторы в схеме полностью заряжались. Обещаю, что схема на рис. 4.5 будет самой сложной, в которой стоит разобраться. Я представляю, насколько такое усилие над собой неприятно при чтении популярной книги, но прошу принять во внимание: эта схема – всего лишь комбинация из двух простейших предыдущих. Итак, через «черный» резистор очень медленно заряжался конденсатор большой («микрофарадной») емкости – до напряжения, под которым предстояло оказаться катоду, когда режим накопления ионов сменится режимом измерения их скорости дрейфа. На зарядку уходило почти полчаса. Когда она заканчивалась, от запускающего импульса срабатывал разрядник и катод ионного источника напрямую оказывался подключенным к конденсатору малой (нФ) емкости и при этом – под тем же потенциалом, что и аноды. «Черный» резистор и теперь «не давал» току с катода существенно повлиять на распределение напряжений в делителе из «получерных» резисторов, сопротивление которых было меньше на три порядка. Были в схеме и другие аналогичные узлы коммутации и их одновременное срабатывание (от одного и того же импульса, «размноженного» на нескольких обмотках трансформатора) приводило к тому, что в пространстве дрейфа создавалось однородное поле постоянной напряженности (потенциал каждого из электродов был пропорционален его удалению от измерительного электрода с нулевым потенциалом).

Рис. 4.5. Срабатывание разрядника позволяет выровнять потенциалы анодов и катода и создать однородное электрическое поле в пространстве дрейфа

Конечно, приведенная схема предельно упрощена. В реальной, чтобы избежать гальванических связей, пришлось собрать шесть одних только преобразователей напряжения различной мощности. Зато схема дрейфовой трубки работала надежно и даже иногда случавшиеся пробои в ее высоковольтной части не приводили к выходу из строя чувствительных усилителей. Ну, и конечно, стоит напомнить, что ни одна схема не работает после того, как ее спаяли в первый раз, а сложная – хорошо, если заработает после внесения сотого изменения. Такие схемы отрабатывают по частям и совершенно обычной является ситуация, когда исследованная «вдоль и поперек» частная схема перестает функционировать после подсоединения ее к общей.